第一章交換技術概述

1、點對點通信點對點通信數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)話音話音2. 多用戶全互連多用戶全互連若終端數(shù)為若終端數(shù)為n，則線對數(shù)為，則線對數(shù)為C= n(n-1)/2終端終端=5、線對數(shù)、線對數(shù)=5X4/2=10終端終端n=100，線對數(shù)，線對數(shù)=100X(100-1)/2=4950終端終端n=1000，線對數(shù)，線對數(shù)=1000X(1000-1)/2=499500(近近50萬對萬對)3. 多用戶通過交換節(jié)點相連多用戶通過交換節(jié)點相連多用戶通過交換節(jié)點相連二、引入交換的通信網(wǎng)二、引入交換的通信網(wǎng)一臺交換機組成的通信網(wǎng)一臺交換機組成的通信網(wǎng)2. 多臺交換機組成的通信網(wǎng)多臺交換機組成的通信網(wǎng) 綜上所述，在多用戶通信時，為了降低用戶

2、線路的投資，在通信網(wǎng)中就要引入交換機進行交換。交換機在通信網(wǎng)中起著非常重要的作用。電話的發(fā)明電話的發(fā)明1837年發(fā)明了電報，它是以數(shù)字信號的形式傳遞信息的。1856年創(chuàng)建西方聯(lián)盟，主要注重電報技術。 1860年，菲利普里斯（Philip Reis）發(fā)現(xiàn)可以把電加在電線上來傳送聲音。他在電線的一端綁了一個用香腸皮包裹著的軟木塞（一個原始麥克風），然后把電線纏到編織針上，并在軟木塞和編織針之間裝上電池。當他把編織針放在小提琴的琴弦上時，每次敲打軟木塞，琴弦就會振動。反之，如果撥動小提琴的弦，軟木塞也會發(fā)出聲音。 l876年，亞歷山大格雷厄姆貝爾（Alexander Graham Bell）為他的一

3、項發(fā)明申請了專利，這個專利被他命名為“電報的改進”。這是一個小盒子，并沒有多少功能，它主要通過麥克風傳送聲音。僅在幾小時后，西方電子公司的共同創(chuàng)始人以利沙戈瑞（Elisha Gray）也為他發(fā)明的電話機申請專利，他甚至可以進行現(xiàn)場演示。不幸的是，貝爾已經申請到了專利，并被譽為電話發(fā)明家。貝爾的發(fā)明只有一個接收器，而沒有麥克風。后來，在1877年，他又為一個把接收器和麥克風裝在一起的設備申請了專利。他的第一個專利需要兩個分離的設備。 二二 電話交換機的發(fā)明電話交換機的發(fā)明1 人工交換機人工交換機 因為兩個電話通信需要一對線，當一個用戶要和多個用戶打電話時，就需要和多個用戶拉多條線，顯然很不方便，

4、因此就發(fā)明了人工交換機。人工交換機主要由用戶線、用戶塞孔、繩路（塞繩和插塞）和信號燈等設備及話務員組成。用戶線、用戶塞孔、繩路（塞繩和插塞）起連接線作用，即為話路系統(tǒng)；話務員起控制接續(xù)作用，即為控制系統(tǒng)。每個用戶的話機通過用戶線接到交換機的用戶塞孔上，用戶要打電話，先與話務員通信，告訴話務員要找誰，然后由話務員用繩路將兩個通話的用戶線連通。 為適應多個用戶之間電話交換的要求，1878年出現(xiàn)了第一部人工磁石電話交換機。 2 步進制交換機步進制交換機 第一部自動電話交換機于1891年由一個名叫史端喬的殯儀業(yè)者發(fā)明。因為該鎮(zhèn)的電話接線員不給史端喬的業(yè)務接線（電話員的堂兄也開了一家殯儀館），史端喬很生

5、氣，發(fā)誓一定要擺脫公共接線員的永久控制。他在他的車庫里制作了第一臺步進制電話交換機。但直到1921年，他的發(fā)明才被安裝在一家電話機房里。由于這個機器還有很多問題，所以被送往歐洲一家公司進一步改造。該設備改進后，在貝爾公司的電話機房中應用。步進制交換機工作很可靠，以至于至今還有許多地方在使用（但僅僅是一些偏遠地區(qū)）。許多私有企業(yè)為專用交換安裝了步進制交換機。洛杉磯的許多豪華旅館都安裝了自己的交換機。 1896年，史端喬發(fā)明了旋轉式撥號盤，它使用戶可以直接通過撥號進行呼叫，而不需要接線員人工接線。但是，在長途通信中，人工接線仍在使用，直到1951年，才完全廢除人工接線。用戶通過電話機的撥號盤控制電

6、話局中的電磁繼電器與接線器的動作，可以完成電話的自動接續(xù)。從此，電話交換開始由人工時代邁入自動化的時代。史端喬自動交換機經改進后產生了德國西門子式自動交換機，雖然在接線器結構和電路性能等方面有所改進，僅共同的特點仍然是由用戶話機所發(fā)出的號盤脈沖直接控制交換機的接線器動作，故統(tǒng)稱為步進制，屬于直接控制方式。 步進制交換機主要由自動選擇器代替話務員進行接續(xù)控制。自動選擇器由線弧、弧刷和上升旋轉機構組成。線弧、弧刷各為三組，分別連接出abc三組出入線。自動選擇器有兩種結構：旋轉型和上升旋轉型。 線圈通電，電磁鐵產生吸力，帶動弧刷轉動，每動一步，連接一組出入線。用戶的撥號脈沖控制選擇器旋轉、上升運動，

7、使弧刷與線弧接點接觸構成通路。 步進制交換機接續(xù)示意圖 控制電路7130選擇器主叫被叫 每個步進制交換機都有預選器、選組器和終接器組成。 預選器：采用旋轉型選擇器，用于選擇一個空閑的出路。 選組器：采用上升旋轉型選擇器，用于擴大交換機的容量。 終接器：采用上升旋轉型選擇器，用于連接終端。 步進制交換機特點：直接由用戶撥號脈沖控制接續(xù)（直接控制直接控制）；各級都有控制，為全分散全分散控制。 缺點：接點為滑動式，可靠性差；動作慢、機構復雜、占地大，易損壞。 3 縱橫制交換機的發(fā)明縱橫制交換機的發(fā)明 19l 9年瑞典工程師比圖蘭德(Eetulander)和帕爾默格林(Palm)發(fā)明了一種“縱橫接線器

8、”的新型選擇器并申請專利，這種接線器將過去滑動摩擦方式的接點改成了壓觸式，從而減少了磨損，提高了壽命。1926年世界上第一個大型的縱橫制自動電話交換局首先在瑞典使用，l 938年美國引進了1號縱橫交換系統(tǒng)，接著法國、日本、美國等國也相繼生產縱橫制交換機。從此縱橫制自動電話交換機開始廣泛使用。50年代初，縱橫制交換技術已達到比較完善和成熟的階段。 縱橫制交換機把話路部分和控制部分分離，話路部分由縱橫接線器和繩路組成；控制部分由記發(fā)器和標志器組成。 縱橫接線器：由縱棒和橫棒組成，連接用戶出入線； 繩路：完成出入線的連接； 記發(fā)器：接收存儲被叫號碼； 標志器：控制縱橫接線器，使出入線的交叉點閉合，進

9、行接續(xù)。 縱橫制交換機接續(xù)示意圖 標志器用戶9用戶1用戶0記發(fā)器用戶電路用戶電路用戶電路用戶2用戶電路繩路1繩路2繩路3繩路4繩路5012901 23987654M10M91 縱橫制交換機特點：間接控制（用戶撥號先通過記發(fā)器接收存儲，記發(fā)器再送給標志器，然后由標志器來控制接續(xù)）；集中控制（集中由標志器進行控制）；接點為壓觸式，可靠性比步進制高。 缺點：體積大，數(shù)量多，工作復雜，維護困難。4 4 電子交換機的發(fā)明電子交換機的發(fā)明 隨著電子技術，尤其是半導體技術的迅速發(fā)展，在交換機內引入電子技術，并首先應用于控制設備中，稱作電子交換機。由于當時電子元件的落差系數(shù)（斷路和通路電阻比）達不到通話回路中

10、交叉點的要求，所以通話回路的接續(xù)仍使用機械接點。因而出現(xiàn)了“半電子交換機”、“準電子交換機”。只有在微電子技術和數(shù)字技術的進一步發(fā)展以后，才開始了全電子交換機的迅速發(fā)展。1946年第一臺存儲程序控制的電子計算機的誕生，對交換技術的發(fā)展起了巨大的影響。早期的程控交換機是“空分”的，它的話路部分往往采用機械接點，例如1965年美國投產的第一臺程控交換機No1系統(tǒng)就是一臺空分交換機。 半電子交換機接續(xù)部分使用縱橫接線器，控制部分使用電子元件； 準電子交換機接續(xù)部分使用比縱橫集線器體積小、速度快的干簧接線器和剩簧接線器，控制部分使用電子元件； 全電子交換機接續(xù)部分和控制部分均使用電子元件。 5 5 程

11、控交換機程控交換機程控交換機是存儲程序控制程控交換機是存儲程序控制SPC(Stored Program Control)的簡稱。它將用戶信息和交換機的控制、維護的簡稱。它將用戶信息和交換機的控制、維護管理功能預先編成程序，存儲到計算機內。當交換機工作管理功能預先編成程序，存儲到計算機內。當交換機工作時，控制部分自動監(jiān)視用戶的狀態(tài)變化和所撥號碼，并根時，控制部分自動監(jiān)視用戶的狀態(tài)變化和所撥號碼，并根據(jù)要求執(zhí)行程序，從而完成各種功能。據(jù)要求執(zhí)行程序，從而完成各種功能。 1946年，第一臺存儲程序控制電子計算機的誕生，年，第一臺存儲程序控制電子計算機的誕生，對交換技術發(fā)展起到了巨大的影響；對交換技術

12、發(fā)展起到了巨大的影響；1965年，美國貝爾系統(tǒng)生產了世界上第一臺商用存年，美國貝爾系統(tǒng)生產了世界上第一臺商用存儲程序控制的電子交換機儲程序控制的電子交換機No.1 ESS；1970年，法國開通了世界上第一個程控數(shù)字交換系年，法國開通了世界上第一個程控數(shù)字交換系統(tǒng)統(tǒng)E10，標志著交換技術從傳統(tǒng)的模擬交換進入數(shù)字交換，標志著交換技術從傳統(tǒng)的模擬交換進入數(shù)字交換時代。時代。 5 5 程控交換機程控交換機（1) 發(fā)展階段：發(fā)展階段：第一階段：六十年代中至七十年代初，采用大型計算機第一階段：六十年代中至七十年代初，采用大型計算機進行集中控制的空分模擬式程控交換機，話路交換網(wǎng)進行集中控制的空分模擬式程控交

13、換機，話路交換網(wǎng)是采用金屬接點交換網(wǎng)。代表產品：美國貝爾系統(tǒng)是采用金屬接點交換網(wǎng)。代表產品：美國貝爾系統(tǒng)1 1號號No1 ESS(Electronic Switching System)No1 ESS(Electronic Switching System)，日本，日本D10D10。特點特點：體積大、軟件復雜、耗電大、故障影響：體積大、軟件復雜、耗電大、故障影響面大。面大。第二階段：七十年代中期，采用小型機或微型機進行分第二階段：七十年代中期，采用小型機或微型機進行分散兩級控制（用戶級和選組級）的程控交換機散兩級控制（用戶級和選組級）的程控交換機, , 話路話路交換網(wǎng)是采用電子接點交換網(wǎng)。代表

14、產品：加拿大交換網(wǎng)是采用電子接點交換網(wǎng)。代表產品：加拿大 SL-1SL-1，日本，日本 NEAX22NEAX22。特點特點：體積小、耗電省、組網(wǎng)：體積小、耗電省、組網(wǎng)方便。方便。 第三階段：八十年代初，采用微機進行全分散式控制的時分數(shù)字交換機，話路交換網(wǎng)采用的是存儲器式的數(shù)字交換網(wǎng)。代表產品：日本 F-150，比利時ITT1240（中國稱為S-1240）。特點：模塊化設備可靠性高，直接與脈沖編碼調制PCM(Pulse Code Modulation）設備配合可傳輸話音、電報、傳真、圖象信號。第四階段：八十年代中期，在程控交換機的基礎上發(fā)展窄帶窄帶ISDN交換機交換機。數(shù)字傳輸和數(shù)字交換構成綜合

15、數(shù)字網(wǎng)IDN(Integrated Digital Network), 向綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)ISDN(Integrated Service Digital Network)發(fā)展。特點：端到端數(shù)字連接，綜合業(yè)務（話音與數(shù)據(jù)），標準接口。為用戶提供2B+D數(shù)字接口(一個話音通道、一個數(shù)據(jù)或傳真通道、一個信令通道)。此外還具備X.25分組交換接口(X.25為分組交換格式)，可進行話音和非話業(yè)務通信，開展寬帶非話業(yè)務、傳輸活動圖象和電視電話，可組成綜合業(yè)務數(shù)字通信網(wǎng)(ISDN)。NISDN技術在第四章介紹。 （2)2) 程控交換技術的發(fā)展過程程控交換技術的發(fā)展過程 話路交換網(wǎng)：金屬接點 電子接點 大規(guī)模集

16、成電路 傳輸話音信息：模擬信號 時分數(shù)字信號 控制方式：集中控制 分散控制 控制設備：專用大型機 小型機 微機 交換方式：單一電路交換 電路交換與分組交換組合（3) 3) 我國程控交換機的發(fā)展概況我國程控交換機的發(fā)展概況 我國從1982年開始在福州引進了日本富士通的F-150數(shù)字程控交換機，而后各省市、地縣相繼引入“七國八制”的數(shù)字程控交換機，極大的促進了我國電信網(wǎng)的數(shù)字化改造，鐵路專線、軍線等也逐步進行了程控數(shù)字化的改造。1985年，上海貝爾公司引進比利時的生產線，并組裝第一批S-1240程控交換機。但不同國家的不同制式的設備給我國電信局網(wǎng)絡管理帶來了很多困難。到2000年，全國數(shù)字交換機容

17、量達1.7億萬門，電話普及率達89%。國產程控交換機1997年價格為600750元人民幣/線，而進口程控交換機為150250美元，計12002000元人民幣/線，高出近一倍。國產程控交換機的研制起點高，在博采各家之長后設計，使用高性能的處理機，功能齊全，技術先進，容易安裝開通，采用全中文屏幕，操作方便，售后服務令人放心。 二十世紀九十年代初中期時，國產局用交換機“五朵金花”：v HJD-04巨龍通信公司，1991年推向市場，年生產能力600萬線；v CC08深圳華為公司，1994年推向市場，年生產能力200萬線；v ZXJ10深圳中興公司，1994年推向市場，年生產能力100萬線；v SP30

18、西安大塘公司，1995年推向市場，年生產能力50萬線；v EIM-601北京華科公司，1995年推向市場，年生產能力200萬線。v 由于北京華科公司沒有打開市場，二十世紀九十年代后期就成了“巨大中華巨大中華”(巨龍、大唐、中興、華為，實際知名度基本是逆順序)。 另外，還有濰坊華光JSN-1，聯(lián)想LEX-5000，深圳桑達HJD-1000也是二十世紀九十年代中后期發(fā)展起來的國產化程控交換機。 合資公司生產的局用程控交換機有：vS-1240上海貝爾，鐵道部北京通號公司，年生產能力500600萬線；v北京國際交換系統(tǒng)，年生產能力250300萬線；v天津日電公司，年生產能力200300萬線；vAT&T

19、美國與青島，年生產能力100萬線；v加拿大北方電訊與廣東順德，年生產能力100萬線；vF-150日本富士通與蘇州F-150，年生產能力50萬線；vAXE-10瑞典愛立信與南京，年生產能力50萬線；程控交換機的工作原理在第2章介紹。 一一. 電路交換電路交換 電路交換電路交換CS（Circuit Switching）是最早出現(xiàn)的一）是最早出現(xiàn)的一種交換方式，包括早期的人工電話在內的電話交換都普遍種交換方式，包括早期的人工電話在內的電話交換都普遍采用電路交換方式。在電路交換方式中，交換中心處理每采用電路交換方式。在電路交換方式中，交換中心處理每一個呼叫都要經過連接的建立、保持和拆除三個階段。一個呼

20、叫都要經過連接的建立、保持和拆除三個階段。 電路交換的要點是面向連接，在通信時需要先建立連電路交換的要點是面向連接，在通信時需要先建立連接，在通信過程中獨占一個信道，優(yōu)點是實時性高，時延接，在通信過程中獨占一個信道，優(yōu)點是實時性高，時延和時延抖動都較?。蝗秉c是信道利用率低，且傳輸速率單和時延抖動都較小；缺點是信道利用率低，且傳輸速率單一。電路交換主要適用于話音和視頻這類實時性強的業(yè)務。一。電路交換主要適用于話音和視頻這類實時性強的業(yè)務。 電路交換經歷了模擬交換、程控交換、電路交換經歷了模擬交換、程控交換、N-ISDN的發(fā)的發(fā)展歷程。展歷程。 電路交換基本工作原理在第電路交換基本工作原理在第2章

21、介紹。章介紹。 二二. 分組交換分組交換 報文交換（報文交換（Message Switching ）又稱為存）又稱為存儲轉發(fā)交換，它與電路交換的原理不同，不需要儲轉發(fā)交換，它與電路交換的原理不同，不需要提供通信雙方的物理連接，而是將所接收的報文提供通信雙方的物理連接，而是將所接收的報文暫時存儲。報文中除了用戶要傳送的信息以外，暫時存儲。報文中除了用戶要傳送的信息以外，還有目的地址和源地址。公用電信網(wǎng)的電報自動還有目的地址和源地址。公用電信網(wǎng)的電報自動交換是報文交換的典型應用，有的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)也交換是報文交換的典型應用，有的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)也采用報文交換方式。采用報文交換方式。 分組交換PS（Packe

22、t Switching）的思想是從報文交換而來的，采用存儲轉發(fā)方式的分組交換與報文交換的不同在于：分組交換將用戶要傳送的信息分割為若干個分組（packet），每個分組中有一個分組頭，含有可供選路的信息和其他控制信息。 分組交換的要點是信息分組，優(yōu)點是傳輸靈活，信道利用率高；缺點是協(xié)議和設備非常復雜，由此產生的時延和時延抖動很大。分組交換主要用于數(shù)據(jù)傳輸。 分組交換經歷了X.25、FR和B-ISDN/ATM的發(fā)展歷程。 分組交換在第3章介紹。三三. ATM. ATM交換交換 二十世紀九十年代后開始研究異步轉移模式二十世紀九十年代后開始研究異步轉移模式ATM(Asynchronous Transfer Mode), 要在以電話網(wǎng)為主體演變要在以電話網(wǎng)為主體演變而來的寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)和以計算機網(wǎng)為主體演變而來的而來的寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)和以計算機網(wǎng)為主體演變而來的Internet綜合網(wǎng)的基礎上建成高速信息網(wǎng)絡或稱信息高速公路，綜合網(wǎng)的基礎上建成高速信息網(wǎng)絡或稱信息高速公路，正規(guī)名稱為國家信息基礎設施正規(guī)名稱為國家信息基礎設施NII(National Information Infrastructure)。 ATM ATM是國際電信聯(lián)盟是國際電信聯(lián)盟ITUITU作為作為B-ISDNB-ISDN的傳送交換模式標準。的傳送交換模式標準。ATMATM是以信元為基礎的快速分組交換，可以